桁架结构尺寸和形状协同优化方法研究

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1、第3卷第2期航空工程进展Vo1．3No．22012年5月ADVANCESINAERONAUTICAISCIENCEANDENGINEERINGMay2012文章编号：1674—8190(2012)02138—06桁架结构尺寸和形状协同优化方法研究张振伟，姚卫星。，周琳，张华。(1．上海飞机设计研究院总体气动设计研究部，上海200232)(2．南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京210016)摘要：在满足特定规范和约束条件下，设计出重量最轻的结构具有重要的工程意义。提出一种桁架结构形状、尺寸并行协同优化方法，该方法将桁架结构优化问题拆分为形状优化和尺寸优化两个

2、子问题，通过并行协调实现尺寸设计变量和形状设计变量同时达到最优解；完成了三个典型桁架结构形状优化算例，结果表明：该方法对于桁架结构形状优化可行，且算法简洁，收敛快。关键词：结构优化；桁架结构；尺寸优化；形状优化中图分类号：V214．2文献标识码：AStudyonSizeandShapeCollaborativeOptimizationMethodofTrUSSStructureZhangZhenwei，YaoWeixing。，ZhouLin，ZhangHua。(1．GeneralConfigurationandAerodynamicsDesignDepartment，Shangh

3、aiAircraftDesignandResearchInstitute，Shanghai200232，China)(2．KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefense—advancedDesignTechnologyofFlighti’Vehicle，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Chifia)Abstract：Itisofimportantengineeringsignificancetodesignthelighteststruc

4、ture，whichmeetsthespecificconstraint．Aparallelcollaborativeoptimizationmethodoftrusselementsizeandstructureshapeispresented．Thedesignoptimizationoftrussstructuresisseparatedintoshapeoptimizationandsizeoptimization．Theoptimalsolutionisobtainedbythecoordinationofthesizedesignvariablesandshapede

5、signvariables．Threetypicalexamplesofshapeoptimizationoftrussstructuresarecarriedout，theresultshowsthatthemethodisfeasible，compactandrapidlyconvergent．Keywords：structureoptimization；trussstructure；sizeoptimizationshapeoptimization范和约束条件下，使某种指标(如重量、造价等)最0引言佳的结构具有重大工程意义和广泛的应用前景。目前桁架结构尺寸优化技术已经成熟。

6、桁架结构优化设计的目的是设计出既满足使用要形状优化设计也已提出很多方法，大致可分为统一求，又保证安全的最为经济的结构。对于目前日益变量法、分层优化法、直接全局寻优方法等口]。so—复杂的结构，传统的设计方法已经不能完全满足需要，并且效率越来越低。如何设计出在满足特定规bieskiE2提出了采用分解的方法解决大型优化问题。层次分解优化是解决桁架结构优化解难题的常用方法，典型的如隋允康等_3提出的具有两类变收稿日期：2011-12-20；修回日期：201202—17量的桁架结构分层优化方法。统一变量法是先将基金项目：国家973重点基础研究项目(2010CB7341O1)教育部长江学者

7、创新团队项目(Irt0906)两类设计变量通过数学表达式转变成无量纲的统通信作者：姚卫星，wxyao@nuaa．edu．CII一变量，再利用优化算法进行优化。由于结构形第2期张振伟等：桁架结构尺寸和形状协同优化方法研究状和单元尺寸之间存在耦合，层次分解优化将他们设计变量和形状设计变量。两个子问题并行优化单独优化并不能找到最优解_5]。统一变量方法不各自得到新的设计变量，采用经验中值法更新后进仅要对设计变量转换，同时也要对目标函数以及约人下一次优化迭代过程。每次迭代后判断两个子束条